鋼件的甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝改進

李彥峰，郝江華，毛 歡，張丹丹

（航空工業西飛，陜西 西安 710089）

碳氮共滲是在一定溫度下向鋼的表層同時滲入碳和氮的過程, 碳氮共滲習慣上又稱作氰化。一般鋼鐵零件均可用碳氮共滲處理, 如普通碳素結構鋼、優質碳素結構鋼、合金結構鋼等。經碳氮共滲處理后, 零件的硬度、耐磨性和疲勞強度等力學性能都有所提高。目前, 中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲在生產中應用較廣。氣體碳氮共滲是在氣體介質中, 將碳和氮同時滲入工件表層, 并以滲碳為主的化學熱處理工藝。其中甲酰胺氣體碳氮是氣體碳氮的一種常用方法，甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝屬于中溫碳氮共滲化學熱處理，應用于某系列無聲鏈小軸（X5103-12X/12X）的飛機產品，該工藝應用的產品少，工藝較復雜，在生產中工藝的穩定性差，經常出現零件滲層不夠或根本無滲層的現象[1]。

由于設備使用頻率較低，經常需要更新維修，技術參數很難掌握，因此每次都需要對設備進行調試、試驗，調整相應的工藝參數，嚴重影響產品質量和生產進度。開展甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝改進，應首先摸清設備最佳狀態，探究碳氮共滲熱處理工藝方法，滿足零件產品設計技術要求，提高零件產品質量，滿足生產進度，降低能耗，節約生產成本。

1 試驗要求

甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理產品試驗技術要求：

X5103-12X/12X兩項零件，圖紙要求：碳鋼零件滲碳或者氰化深度0.25-0.1mm。

2 試驗方法

2.1 改進前甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝

2.1.1 甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝改進前工藝方法[2]，見表1

表1 改進前工藝方法

2.1.2 甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝改進前試驗結果與分析

小軸第一爐碳氮共滲金相結果如圖1，小軸第二爐碳氮共滲金相結果如圖2，其滲層深度分別約為0.13mm，0.16mm，滲層深度均不合格：

圖1 小軸第一爐碳氮共滲金相圖片

圖2 小軸第二爐碳氮共滲金相圖片

2.1.3 甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝改進前結果分析

碳氮共滲爐存在爐體不平、滴管損壞問題。申請設備廠調平爐體并用水平尺測量是否合格；更換滴液管。碳氮共滲爐爐體不密封。申請設備廠更換密封圈，測試爐內壓力水平。原工藝參數不能滿足產品技術要求，需重新工藝試驗。

2.2 改進后甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝

2.2.1 甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝改進后工藝方法[2]，見下表2

表2 改進后工藝方法

2.2.2 碳氮共滲工藝的改進

在分析原來不合格產品時，發現第一爐產品始終不合格，第二爐稍好，所以在原來的工藝中加入了預滲工藝，空爐預滲工藝操作如下：

每停一次爐及從室溫升到碳氮共滲溫度均應進行爐膛預滲[3]，然后工件才能入爐。預滲工藝為：850℃保溫2h，滲劑是正常生產的1/3-1/2。

2.2.3 工藝參數試驗結果

小軸第一爐碳氮共滲金相結果如圖3，小軸第二爐碳氮共滲金相結果如圖4，其滲層深度分別約為0.20mm，0.26mm，滲層深度均合格，符合技術要求：

圖3 小軸第一爐碳氮共滲金相圖片

圖4 小軸第二爐碳氮共滲金相圖片

3 結論

通過本文的研究優化了甲酰胺氣體碳氮共滲熱處理工藝方法，增加了爐膛預滲工藝，空爐預滲工藝操作如下：每停一次爐及從室溫升到碳氮共滲溫度均應進行爐膛預滲，然后工件才能入爐。預滲工藝為：850℃保溫2h，滲劑是正常生產的1/3-1/2；通過以上工藝改進，使該工藝的現場零件一次交件合格率大幅提高。